KR20160142907A - A Heat Pump System for Providing Highly Heated Steam - Google Patents

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KR20160142907A
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Abstract

The present invention relates to a heat pump system capable of supplying high temperature steam having a temperature of 120C or more, and a method of supplying high temperature steam by using the same. According to the present invention, the heat pump system for supplying high temperature steam comprises: an evaporator which receives heat from a heat source and evaporates a coolant; a compressor which compresses a gas phase coolant evaporated in the evaporator; a heat pump which includes a high temperature condenser emitting heat by liquefying the gas phase coolant having a high temperature and a high pressure compressed in the compressor; a flash tank into which steam is introduced, wherein the steam receives the heat emitted by the gas phase coolant liquefied by the high temperature condenser; and a heat exchanger which is disposed in the flash tank and reheats the steam in the flash tank by introducing a portion of the gas phase coolant having the high temperature and the high pressure compressed in the compressor thereinto. In addition, according to the present invention, the method of supplying high temperature steam comprises the steps of: evaporating a coolant by receiving heat from a heat source, compressing an evaporated gas phase coolant, liquefying the compressed gas phase coolant having a high temperature and a high pressure to emit heat, and generating steam by using the heat; introducing the steam into a flash tank; and secondarily heating the steam in the flash tank by supplying a portion of the compressed gas phase coolant having the high temperature and the high pressure to a heat exchanger in the flash tank.

Description

고온 스팀 공급용 히트펌프 시스템 {A Heat Pump System for Providing Highly Heated Steam}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat pump system for providing high temperature steam,

본 발명은 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 120˚C 이상의 고온 스팀을 공급할 수 있는 히트펌프 시스템과 이를 이용한 고온 스팀의 공급 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a heat pump system, and more particularly, to a heat pump system capable of supplying high temperature steam of 120 ° C or higher and a method of supplying high temperature steam using the same.

히트펌프를 사용하여 스팀을 생성하는 기술이 사용되고 있다. 이는 고온의 응축기에서 열교환을 통해 물을 증기로 만드는 방식이다. A technique of generating steam by using a heat pump is being used. This is a way to convert water into steam through heat exchange in a hot condenser.

증기, 즉 스팀은 산업 공정에서 상당히 많이 사용되고 있다. 그런데 기존의 히트펌프 시스템은 고온의 스팀을 공급하지 못하는 문제가 있어 히트펌프 시스템을 이용하여 스팀을 생성하는 방식으로는 산업용으로 사용하는데 한계가 있었다.Steam, or steam, is used fairly often in industrial processes. However, the conventional heat pump system has a problem in that it can not supply high temperature steam. Therefore, there is a limit to use the heat pump system for industrial use as a method of generating steam using the heat pump system.

일본 특허공보 제4972421호Japanese Patent Publication No. 4972421 일본 특허공보 제5593902호Japanese Patent Publication No. 5593902 일본 특허공보 제5593906호Japanese Patent Publication No. 5593906

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 고온의 스팀을 제공할 수 있는 히트펌프 시스템 및 이를 이용한 고은 스팀 공급 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat pump system capable of providing high temperature steam and a method for supplying high-energy steam using the same.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 열원으로부터 열을 받아 냉매를 증발시키는 증발기, 상기 증발기에서 증발된 기체상(phase)의 냉매를 압축하는 압축기, 및 압축기에서 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매를 액화시키며 열을 발산하는 고온응축기를 포함하는 히트펌프; According to an aspect of the present invention, there is provided a refrigerator comprising: an evaporator that receives heat from a heat source to evaporate a refrigerant; a compressor that compresses a refrigerant in a vapor phase evaporated in the evaporator; A heat pump including a high-temperature condenser that liquefies and dissipates heat;

상기 고온응축기에서 냉매가 응축되며 발산한 열을 전달받은 스팀이 투입되는 플래시탱크; 및 A flash tank in which the refrigerant is condensed in the high temperature condenser and the steam to which the divergent heat is transferred is introduced; And

상기 플래시탱크에 구비되며, 상기 압축기에서 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매 일부가 유입되어 플래시탱크 내의 증기를 재가열하는 열교환기;를 포함하는 히트펌프 시스템을 제공한다. And a heat exchanger provided in the flash tank and adapted to reheat steam in the flash tank through a portion of the refrigerant compressed by the compressor at a high temperature and a high pressure.

상기 히트펌프는 상기 고온응축기에서 응축된 액체상의 냉매를 임시 계류시키는 수액기를 더 포함할 수 있다.The heat pump may further include a receiver that temporarily mists the refrigerant in the liquid phase condensed in the high temperature condenser.

상기 열교환기를 거쳐 나온 냉매는 고온응축기를 바이패스하여 상기 수액기로 유입될 수 있다.The refrigerant passed through the heat exchanger may be introduced into the receiver by bypassing the high temperature condenser.

상기 열교환기는 상기 플래시탱크로 유입되는 스팀의 유입부보다 상부에 배치될 수 있다.The heat exchanger may be disposed above the inflow portion of the steam introduced into the flash tank.

상기 열교환기는 코일 타입일 수 있다.The heat exchanger may be a coil type.

상기 플래시탱크의 스팀 유입부보다 하부에는 플래시탱크 내에서 발생한 응축수를 배출하는 드레인부가 구비될 수 있다. A drain portion for discharging condensed water generated in the flash tank may be provided below the steam inlet portion of the flash tank.

상기 플래시탱크에는 상기 응축수의 수위를 측정하는 레벨게이지를 더 구비할 수 있다.The flash tank may further include a level gauge for measuring the level of the condensed water.

상기 레벨게이지에 의해 측정된 응축수의 수위가 기준 수위를 넘어설 경우 드레인부를 통해 응축수를 배출할 수 있다.When the level of the condensed water measured by the level gauge exceeds the reference level, the condensed water can be discharged through the drain portion.

상기 플래시탱크의 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 플래시탱크 내의 압력과 스팀 온도 중 적어도 어느 하나에 근거하여 결정될 수 있다. The amount of the refrigerant flowing into the heat exchanger of the flash tank may be determined based on at least one of the pressure in the flash tank and the steam temperature.

상기 플래시탱크 내의 압력이 높을수록 상기 플래시탱크 내의 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 줄어들 수 있다.The higher the pressure in the flash tank, the smaller the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger in the flash tank.

상기 플래시탱크 내의 스팀 온도가 높을수록 상기 플래시탱크 내의 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 줄어들 수 있다.The higher the steam temperature in the flash tank, the smaller the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger in the flash tank.

상기 플래시탱크의 열교환기 입구의 냉매 온도(T1)과 열교환기 출구의 냉매 온도(T2)를 비교하여, 두 온도의 차(T1-T2)가 클수록 공급되는 냉매의 양은 늘어나고, 온도의 차가 작을수록 공급되는 냉매의 양은 줄어들 수 있다.The refrigerant temperature T1 at the inlet of the heat exchanger of the flash tank is compared with the refrigerant temperature T2 at the outlet of the heat exchanger so that the larger the difference between the two temperatures T1-T2 is, the greater the amount of refrigerant supplied is. The amount of refrigerant supplied can be reduced.

상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 수액기 측에서 자동밸브를 통해 조절할 수 있다.The amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger can be adjusted through the automatic valve on the receiver side.

상기 플래시탱크 내의 열교환기와 스팀의 유입부 사이에는 스팀 내의 응축수를 제거하고 증기의 유동을 균일하게 퍼뜨리는 커버 플레이트가 설치될 수 있다.A cover plate may be provided between the heat exchanger in the flash tank and the inlet of the steam to remove condensed water in the steam and to spread the flow of the steam evenly.

상기 커버 플레이트의 외주면의 적어도 일부가 상기 플래시탱크의 내벽에 의해 지지될 수 있다.At least a part of the outer peripheral surface of the cover plate can be supported by the inner wall of the flash tank.

상기 커버 플레이트의 외주면에는 스팀으로부터 제거된 응축수가 플래시탱크의 바닥으로 흘러내릴 수 있도록 배수로가 형성될 수 있다. A drain can be formed on the outer circumferential surface of the cover plate so that the condensed water removed from the steam can flow down to the bottom of the flash tank.

상기 커버 플레이트는 중앙부에서 외주면으로 갈수록 점점 낮아지도록 경사질 수 있다.The cover plate may be inclined so as to gradually decrease from the central portion toward the outer peripheral surface.

상기 커버 플레이트의 중앙부에는 스팀으로부터 제거된 응축수가 플래시탱크의 바닥으로 흘러내릴 수 있도록 배수로가 형성될 수 있다. A drain can be formed at the center of the cover plate so that the condensed water removed from the steam can flow down to the bottom of the flash tank.

상기 커버 플레이트는 외주면에서 중앙부로 갈수록 점점 낮아지도록 경사질 수 있다.The cover plate may be inclined so as to gradually decrease from the outer circumferential surface toward the central portion.

상기 경사도는 1˚ 내지 3˚일 수 있다.The inclination may be 1 to 3 degrees.

상기 커버 플레이트의 표면에는 다공부가 형성될 수 있다.The surface of the cover plate may be polished.

상기 플래시탱크에는 스팀의 압력이 소정 압력 이상으로 상승할 경우 개방되는 안전밸브를 더 포함할 수 있다. The flash tank may further include a safety valve that is opened when the pressure of the steam rises to a predetermined pressure or higher.

상기 안전밸브는 열교환기보다 상부에 설치될 수 있다.The safety valve may be installed above the heat exchanger.

상기 스팀의 압력은 열교환기보다 상부에 설치된 압력센서에 의해 측정될 수 있다. The pressure of the steam can be measured by a pressure sensor installed above the heat exchanger.

상기 냉매는 R-245fa 일 수 있다. The refrigerant may be R-245fa.

또한 상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 열원으로부터 열을 받아 냉매를 증발시키고, 증발된 기체상의 냉매를 압축한 후, 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매를 액화시키며 발산하는 열로 스팀을 생성하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of generating steam by heat from a heat source to evaporate the refrigerant, compress the evaporated gaseous refrigerant, liquefy the gaseous refrigerant at a high temperature and pressure, step;

상기 스팀을 플래시탱크 내부로 유입시키는 단계;Introducing the steam into the flash tank;

상기 압축된 고온 고압의 냉매 일부를 플래시탱크 내의 열교환기에 공급하여 플래시탱크 내부에 있는 증기를 2차 가열하는 단계;를 포함하는 고온 스팀 공급 방법을 제공한다.And supplying a portion of the compressed high-temperature and high-pressure refrigerant to a heat exchanger in the flash tank to secondarily heat the steam in the flash tank.

상기 플래시탱크에서 발생한 응축수의 수위를 측정하여 수위가 기준 수위를 넘을 경우 응축수를 드레인할 수 있다.The water level of the condensed water generated in the flash tank is measured and the condensed water can be drained when the water level exceeds the reference water level.

상기 플래시탱크 내의 압력이 높을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 줄이고, 상기 플래시탱크 내의 압력이 낮을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 늘릴 수 있다.The amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is reduced as the pressure in the flash tank is increased, and the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is increased as the pressure in the flash tank is lower.

상기 플래시탱크 내의 스팀의 온도(T3)가 높을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 줄이고, 상기 플래시탱크 내의 스팀의 온도가 낮을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 늘릴 수 있다. The amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is decreased as the temperature T3 of the steam in the flash tank is higher and the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is increased as the temperature of steam in the flash tank is lower.

상기 플래시탱크의 열교환기 입구의 냉매 온도(T1)과 열교환기 출구의 냉매 온도(T2)를 비교하여, 두 온도의 차(T1-T2)가 클수록 공급되는 냉매의 양을 늘리고, 온도의 차가 작을수록 공급되는 냉매의 양을 늘릴 수 있다. The refrigerant temperature T1 at the inlet of the heat exchanger of the flash tank is compared with the refrigerant temperature T2 at the outlet of the heat exchanger to increase the amount of refrigerant supplied as the difference between the two temperatures T1-T2 increases, The amount of refrigerant supplied can be increased.

상기 플래시탱크의 스팀의 압력이 소정 압력 이상으로 상승할 경우 스팀을 플래시탱크 외부로 릴리즈시킬 수 있다.When the pressure of the steam of the flash tank rises to a predetermined pressure or higher, the steam can be released to the outside of the flash tank.

상기 냉매는 R-245fa 일 수 있다.The refrigerant may be R-245fa.

본 발명에 의하면, 간단한 구조로 고온의 스팀을 공급할 수 있다.According to the present invention, high-temperature steam can be supplied with a simple structure.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 전체적인 구조를 나타낸 모식도,
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 플래시탱크 내에 설치되는 커버 플레이트의 일실시예의 평면도와 측면도,
도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 플래시탱크 내에 설치되는 커버 플레이트의 일실시예의 평면도와 측면도, 그리고
도 6은 R-245fa의 압력-엔탈피 곡선이다.
FIG. 1 is a schematic view showing the overall structure of a heat pump system according to an embodiment of the present invention,
2 and 3 are a plan view and a side view of an embodiment of a cover plate installed in a flash tank of a heat pump system according to an embodiment of the present invention,
4 and 5 are a plan view and a side view of an embodiment of a cover plate installed in a flash tank of a heat pump system according to another embodiment of the present invention,
Figure 6 is the pressure-enthalpy curve of R-245fa.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to inform.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 전체적인 구조를 나타낸 모식도이다.FIG. 1 is a schematic view showing the overall structure of a heat pump system according to an embodiment of the present invention.

[히트펌프의 구조][Structure of Heat Pump]

본 발명의 히트펌프 시스템은 섭씨 120도 이상의 고온 스팀을 공급하기 위한 것으로, 히트펌프의 냉매로는 R-245fa가 사용될 수 있다. R-245fa의 압력-엔탈피 곡선은 도 6에 나타나 있는 바와 같다.The heat pump system of the present invention is for supplying high temperature steam of 120 degrees Celsius or more, and R-245fa may be used as a refrigerant of the heat pump. The pressure-enthalpy curve of R-245fa is as shown in FIG.

히트펌프(10)는 외부의 열을 흡수하여 냉매를 증발시키는 증발기(11), 상기 증발기에서 증발된 고온 저압의 냉매를 압축하는 압축기(12), 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되며 열을 발산하는 고온응축기(14), 고온응축기(14)에서 액화된 냉매가 저장되는 수액기(16), 그리고 수액기(16)의 냉매를 팽창시켜 저압으로 하는 팽창밸브(19)를 포함한다. 팽창밸브(19)를 거친 냉매는 다시 증발기(11)로 유입된다.The heat pump (10) comprises an evaporator (11) for absorbing external heat to evaporate the refrigerant, a compressor (12) for compressing the refrigerant at high temperature and low pressure evaporated in the evaporator, a condenser A receiver 16 in which the refrigerant liquefied in the high temperature condenser 14 is stored and an expansion valve 19 for expanding the refrigerant in the receiver 16 to low pressure. The refrigerant having passed through the expansion valve (19) flows into the evaporator (11) again.

증발기(11)는 외부의 열원으로부터 열에너지를 흡수하며, 이러한 외부의 열원은 폐열수(wasted hot water)일 수 있다. 통상 산업현장에서 고온의 스팀이 사용된 후 배출되는 폐열수는 온도는 대략 섭씨 65도 내외일 수 있으나 이는 산업현장에서 스팀이 사용되는 용도 등에 따라 가변적이다.The evaporator 11 absorbs heat energy from an external heat source, and such external heat source may be wasted hot water. The temperature of the waste heat discharged after high temperature steam is usually used in the industrial field may be about 65 degrees Celsius, but it is variable depending on the use of steam in the industrial field.

증발기(11)에서 기화된 냉매는 압축기(12)에서 압축되어 고온 고압의 기체가 되는데, 본 발명에서는 압축기에서 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매가 분기되어 플래시탱크(30) 내에 설치된 열교환기(18)를 거쳐 플래시탱크(30) 내에 있는 증기를 한번 더 가열하게 된다. 그리고 이렇게 분기되어 열교환기(18)를 거친 냉매는 수액기(16)로 흘러 들어간다.The refrigerant vaporized in the evaporator 11 is compressed by the compressor 12 to be a gas of high temperature and high pressure. In the present invention, the refrigerant of a high temperature and high pressure compressed in the compressor is branched into a heat exchanger 18 The steam in the flash tank 30 is once again heated. Then, the refrigerant branched by the heat exchanger 18 flows into the receiver 16.

즉 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매 중 일부는 고온응축기(14)를 거쳐 수액기로 유동하고, 나머지 일부는 열교환기(18)를 거쳐 수액기(16)로 유동하게 된다. 한편 후술하겠지만 열교환기(18)를 거치는 냉매 유동로는 항상 열려 있는 것이 아니라 필요에 따라 냉매의 유량이 조절되고 또한 유동이 되지 않도록 할 수도 있다. 이러한 냉매의 유동량은 자동밸브(19)에 의해 조절된다.That is, some of the high-temperature and high-pressure refrigerant from the compressor flows through the high-temperature condenser 14 to the receiver, and the remaining portion flows to the receiver 16 via the heat exchanger 18. On the other hand, as will be described later, the refrigerant flow path through the heat exchanger 18 is not always open, but the flow rate of the refrigerant may be adjusted as necessary to prevent flow. The flow rate of the refrigerant is regulated by the automatic valve 19.

고온응축기(14)에는 플래시탱크(30)에 저장되는 물이 흘러 들어 상기 고온 고압의 냉매와 열교환을 한다. 이에 따라 플래시탱크(30)로부터 드레인부(34)를 통해 흘러든 물은 증기가 되어 다시 플래시탱크(30) 내부로 유입된다.Water stored in the flash tank (30) flows into the high temperature condenser (14) to perform heat exchange with the high temperature and high pressure refrigerant. Accordingly, the water flowing from the flash tank 30 through the drain 34 flows into the flash tank 30 as steam.

[플래시탱크의 구조][Structure of Flash Tank]

플래시탱크(30)의 바닥에는 물이 저장된다. 필요에 따라 플래시탱크(30)의 바닥에 저장되는 물은 외부에서 공급될 수 있다. 플래시탱크(30)의 저면에는 드레인부(34)가 연결되어 있고, 드레인부는 상술한 고온응축기(14)에 연결된다. 따라서 플래시탱크 바닥의 물은 드레인부를 통해 고온응축기로 들어가 냉매와 열교환을 하며 증기로 기화되고 플래시탱크 중간 측면에 있는 유입부(32)로 다시 유입된다. At the bottom of the flash tank (30), water is stored. The water stored in the bottom of the flash tank 30 may be supplied from the outside as needed. A drain portion 34 is connected to the bottom surface of the flash tank 30, and the drain portion is connected to the high temperature condenser 14 described above. Therefore, the water at the bottom of the flash tank enters the high temperature condenser through the drain portion, exchanges heat with the refrigerant, is vaporized by the vapor, and flows back into the inlet portion 32 at the middle side of the flash tank.

상기 유입부(32)를 통해 플래시탱크(30)로 유입된 증기는 위로 올라가게 되는데, 고온응축기(14)에서 유입부(32)까지 이동하던 수증기 중 다시 물로 액화된 부분은 플래시탱크 바닥으로 떨어질 수 있고, 또한 유입부를 통해 플래시탱크에 유입되어 위로 올라가던 증기 중 일부 역시 다시 액화되며 물이 되어 플래시탱크 바닥으로 떨어질 수 있다.The steam that has flowed from the high temperature condenser 14 to the inflow part 32 again falls into the bottom of the flash tank 30, And some of the steam that has flowed into the flash tank through the inlet and is lifted up again may be liquefied and may fall into the bottom of the flash tank.

플래시탱크에는 레벨게이지(42)가 있어서 플래시탱크 내부의 수위를 지속적으로 모니터링한다. 플래시탱크 내부의 수위가 너무 높은 경우에는 드레인부(34)를 개방하여 플래시탱크 내부의 물이 고온응축기(14)로 들어가도록 한다.The flash tank has a level gauge (42) to constantly monitor the level inside the flash tank. When the water level inside the flash tank is too high, the drain portion 34 is opened to allow water in the flash tank to enter the high temperature condenser 14.

레벨게이지(42)는 플래시탱크 내부의 수위가 너무 낮은 경우에는 물을 보충하는 동작을 수행할 수도 있다. 또한 이렇게 보충되는 물은 플래시탱크 내부로 직접 공급되지 않고, 드레인부(34)의 배관에 합류하는 방식으로 공급될 수도 있다. 보충되는 물은 상대적으로 온도가 낮기 때문에, 고온의 환경을 유지해야 하는 플래시탱크에 공급되기보다는 고온응축기(14)의 물의 유입구 쪽에 공급되는 것이 더 바람직할 수 있다.The level gauge 42 may perform an operation to replenish the water when the water level inside the flash tank is too low. Also, the water to be supplemented may not be supplied directly to the inside of the flash tank but may be supplied in such a manner as to join the pipe of the drain portion 34. [ Because the water to be supplemented is relatively low in temperature, it may be more desirable to be fed to the inlet of the water of the hot condenser 14 rather than to the flash tank to maintain a high temperature environment.

플래시탱크(30) 내에서 상기 유입부(32)의 상부에는 커버 플레이트(50)가 설치된다. 도 2와 도 3은 본 발명에 따른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 플래시탱크 내에 설치되는 커버 플레이트의 일실시예의 평면도와 측면도, 그리고 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 다른 일실시예로서 히트펌프 시스템의 플래시탱크 내에 설치되는 커버 플레이트의 일실시예의 평면도와 측면도이다.A cover plate (50) is installed in the flash tank (30) at an upper portion of the inflow part (32). FIGS. 2 and 3 are a plan view and a side view of an embodiment of a cover plate installed in a flash tank of a heat pump system according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 show another embodiment according to the present invention, A plan view and a side view of an embodiment of a cover plate installed in a flash tank of a pump system.

도 2와 도 4를 참조하면 커버 플레이트(50)에는 다공부(54)가 구비되어 있다. 다공부(54)는 유입부를 통해 플래시탱크 내로 유입된 수증기가 플래시탱크 내에서 떠오를 때 수증기를 골고루 분산시켜주는 기능을 한다. 이는 후술할 열교환기(18)와 수증기의 열교환이 더 잘 이루어지도록 하기 위한 것이다.Referring to FIGS. 2 and 4, the cover plate 50 is provided with a porous portion 54. The replenishment unit 54 functions to disperse the steam evenly when the water vapor introduced into the flash tank through the inlet unit rises in the flash tank. This is for better heat exchange between the heat exchanger 18 and water vapor, which will be described later.

커버 플레이트(50)의 외주면은 플래시탱크의 내주면에 고정된다. 커버 플레이트(50)는 도 3과 같이 가운데가 가장 높고 외주로 갈수록 높이가 낮아지는 삿갓 형태이거나, 도 5와 같이 가운데가 가장 낮고 외주로 갈수록 높이가 높아지는 깔때기 형태일 수 있다. 이러한 경사각(a)은 대략 1~3˚ 정도일 수 있다. 너무 경사각이 크면 수증기의 분산 기능이 떨어지고, 경사각이 너무 없으면 일부 수증기가 다시 액화되어 커버 플레이트(50)에 맺히는 물이 수증기의 액화를 가속화하는 문제가 생긴다.The outer peripheral surface of the cover plate 50 is fixed to the inner peripheral surface of the flash tank. As shown in FIG. 3, the cover plate 50 may be in the form of a cap having the highest center and a lower height toward the outer periphery, or a funnel shape having the lowest center and the height increasing toward the outer periphery as shown in FIG. The inclination angle a may be approximately 1 to 3 degrees. If the inclination angle is too large, the dispersing function of water vapor drops. If the inclination angle is too small, some of the water vapor is again liquefied, and water formed on the cover plate 50 accelerates the liquefaction of water vapor.

도 3의 삿갓 형태의 커버 플레이트는 도 2에 도시된 바와 같이 외주에 배수로(52)가 형성되어 있다. 배수로는 도시된 바와 같이 홈 형태일 수 있다. 따라서 삿갓 형태의 커버 플레이트에 맺힌 물은 가장자리로 이동하여 배수로(52)를 통해 밑으로 떨어질 수 있다.As shown in FIG. 2, the cover plate of the cap shape of FIG. 3 has a drainage passage 52 formed on the outer circumference thereof. The drainage channel may be in the form of a groove as shown. Accordingly, the water formed on the cover plate in the form of a hat can be moved to the edge and fall downward through the drainage path (52).

도 5의 깔때기 형태의 커버 플레이트는 도 4에 도시된 바와 같이 중심에 배수로(52)가 형성되어 있다. 배수로는 도시된 바와 같이 원형 구멍일 수 있다. 따라서 삿갓 형태의 커버 플레이트에 맺힌 물은 중심으로 이동하여 배수로(52)를 통해 밑으로 떨어질 수 있다.The funnel-shaped cover plate of FIG. 5 has a drainage passage 52 formed at the center thereof as shown in FIG. The drain can be a circular hole as shown. Accordingly, the water formed on the cover plate in the form of a hat can be moved to the center and fall downward through the drainage path (52).

상술한 레벨 게이지(42)와 유입부(32)가 커버 플레이트보다 밑에 위치한다.Described level gauge 42 and inlet 32 are located below the cover plate.

커버 플레이트(50) 위에는 앞서 설명한 열교환기(18)가 위치한다. 열교환기(18)는 압축기에서 나온 고온 고압의 기체상 냉매가 유입되어 플래시탱크 내부의 증기를 재가열하는 기능을 한다. 열교환기에서 유출된 냉매는 수액기로 이동한다. 이러한 열교환기(18)는 수증기와의 열교환에 더욱 유리하도록 코일 타입일 수 있다. On the cover plate 50, the heat exchanger 18 described above is located. The heat exchanger 18 functions to reheat the vapor in the flash tank by the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant introduced from the compressor. The refrigerant flowing out of the heat exchanger moves to the receiver. The heat exchanger 18 may be of a coil type so as to be more advantageous for heat exchange with water vapor.

상술한 바와 같이 열교환기(18)는 수증기를 재가열하기 위한 구성이므로, 수증기를 재가열할 필요가 없을 정도로 플래시탱크 내의 수증기 온도가 높다면 열교환기로 냉매가 흐르지 않도록 제어할 수 있고, 수증기를 재가열해야 하는 정도에 따라 열교환기로 흐르는 냉매의 양을 조절할 수도 있다. 이러한 냉매의 흐름 단속이나 유동량 조절은 자동밸브(19)에서 이루어질 수 있다.As described above, since the heat exchanger 18 is configured to reheat water vapor, if the steam temperature in the flash tank is high enough to reheat the steam, it is possible to control the refrigerant not to flow through the heat exchanger, The amount of the refrigerant flowing into the heat exchanger may be adjusted. The flow interruption or the flow rate of the refrigerant can be controlled by the automatic valve 19.

냉매의 흐름 단속이나 유동량 조절을 하는 제어 인자로서는 플래시탱크 내의 압력이 있을 수 있다. 플래시탱크 내에는 압력센서(44)가 설치되어 있어 내부의 압력을 지속적으로 모니터링한다. 플래시탱크 내의 압력이 높다는 것은 플래시탱크 내의 수증기의 온도가 더 높다는 것을 의미할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 일 실시예에서는 플래시탱크 내부의 압력이 높을수록 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 적어지고, 플래시탱크 내부의 압력이 낮을수록 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 많아지게 제어할 수 있다.There may be a pressure in the flash tank as a control factor for controlling flow of the refrigerant or regulating the flow rate. A pressure sensor 44 is installed in the flash tank to constantly monitor the internal pressure. A high pressure in the flash tank may mean that the temperature of the water vapor in the flash tank is higher. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the amount of the refrigerant flowing into the heat exchanger decreases as the pressure inside the flash tank increases, and the amount of the refrigerant flowing into the heat exchanger increases as the pressure inside the flash tank decreases.

냉매의 흐름 단속이나 유동량 조절을 하는 다른 제어 인자로서는 플래시탱크 내의 온도가 있을 수 있다. 이 때에는 플래시탱크 내부의 온도가 높을수록 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 적어지고, 플래시탱크 내부의 온도가 낮을수록 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 많아지게 제어할 수 있다.Other control factors that control the flow of the refrigerant or adjust the flow rate may be the temperature in the flash tank. In this case, the higher the temperature inside the flash tank, the smaller the amount of refrigerant flowing into the heat exchanger, and the lower the temperature inside the flash tank, the more the amount of refrigerant flowing into the heat exchanger can be controlled.

또한 냉매의 흐름 단속이나 유동량 조절을 하는 다른 제어 인자로서는 열교환기(18) 냉매 유입부의 냉매 온도(T1)와 열교환기(18) 냉매 유출부의 냉매 온도(T2)일 수 있다. 즉 플래시탱크 내에 있는 열교환기 입구의 냉매 온도(T1)과 열교환기 출구의 냉매 온도(T2)를 비교하여, 두 온도의 차(T1-T2)가 크다는 것은 그만큼 열교환이 냉매와 수증기의 온도차가 커서 열교환이 많이 일어난다는 의미가 될 수 있고, 이 때에는 수증기의 온도를 더 높이기 위해 냉매의 유동량을 증가시킬 필요가 있다고 판단할 수 있다. 반대로 두 온도의 차(T1-T2)가 작다는 것은 그만큼 열교환이 냉매와 수증기의 온도차가 작아 열교환이 적게 일어난다는 의미가 될 수 있고, 이 때에는 냉매의 유동량을 줄여도 좋다고 판단할 수 있다. 따라서 두 온도의 차(T1-T2)가 클수록 공급되는 냉매의 양은 늘어나고, 온도의 차가 작을수록 공급되는 냉매의 양은 줄어들도록 제어할 수도 있다.Further, as another control factor for controlling the flow of the refrigerant or controlling the flow rate, the refrigerant temperature T1 of the refrigerant inlet portion of the heat exchanger 18 and the refrigerant temperature T2 of the refrigerant outlet portion of the heat exchanger 18 may be used. That is, the refrigerant temperature (T1) at the inlet of the heat exchanger in the flash tank is compared with the refrigerant temperature (T2) at the outlet of the heat exchanger, and the difference between the two temperatures (T1-T2) is larger than the temperature difference between the refrigerant and the water vapor It can be said that it is necessary to increase the flow amount of the refrigerant in order to further increase the temperature of the steam. On the contrary, the fact that the difference (T1-T2) between the two temperatures is small means that the heat exchange is small and the heat exchange occurs little because the temperature difference between the refrigerant and the water vapor is small, and it can be judged that the flow amount of the refrigerant may be reduced. Therefore, the larger the difference between the two temperatures (T1-T2), the greater the amount of refrigerant supplied, and the smaller the temperature difference, the smaller the amount of refrigerant supplied.

플래시탱크의 열교환기 상부에는 압력센서(44)가 설치되어 있어서 플래시탱크 내부의 압력이 지속적으로 모니터링되며, 내부 압력이 지나치게 높은 경우에는 플래시탱크 상부에 설치된 안전밸브(46)를 통하여 일부 수증기를 릴리즈함으로써 플래시탱크의 파손이나 폭발을 방지한다.A pressure sensor 44 is installed on the upper part of the heat exchanger of the flash tank to constantly monitor the pressure inside the flash tank. When the internal pressure is excessively high, some of the water vapor is released through the safety valve 46 installed on the flash tank Thereby preventing breakage or explosion of the flash tank.

플래시탱크 열교환기 상부에는 토출밸브(36)가 설치되어 있어서 산업 현장 등에 공급되는 스팀의 양을 제어한다.The flash tank heat exchanger is provided with a discharge valve 36 on the upper part thereof to control the amount of steam supplied to the industrial site.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is obvious that a transformation can be made. Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the effects of the present invention are not explicitly described and described, but it is needless to say that the effects that can be predicted by the configurations should also be recognized.

10: 히트펌프
11: 증발기
12: 압축기
14: 고온응축기
16: 수액기
17: 팽창밸브
18: 열교환기
19: 자동밸브
30: 플래시탱크
32: 유입부
34: 드레인부
36: 토출밸브
42: 레벨게이지
44: 압력센서
46: 안전밸브
50: 커버 플레이트
52: 배수로
54: 다공부10: Heat pump
11: Evaporator
12: Compressor
14: High temperature condenser
16: Receiver
17: Expansion valve
18: Heat exchanger
19: Automatic valve
30: Flash tank
32:
34: drain part
36: Discharge valve
42: Level gauge
44: Pressure sensor
46: Safety valve
50: Cover plate
52: drainage
54: Pure study

Claims (33)

열원으로부터 열을 받아 냉매를 증발시키는 증발기, 상기 증발기에서 증발된 기체상(phase)의 냉매를 압축하는 압축기, 및 압축기에서 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매를 액화시키며 열을 발산하는 고온응축기를 포함하는 히트펌프;
상기 고온응축기에서 냉매가 응축되며 발산한 열을 전달받은 스팀이 투입되는 플래시탱크; 및
상기 플래시탱크에 구비되며, 상기 압축기에서 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매 일부가 유입되어 플래시탱크 내의 증기를 재가열하는 열교환기;를 포함하는 히트펌프 시스템.
A condenser for compressing the refrigerant in the gas phase evaporated in the evaporator, and a high-temperature condenser for liquefying the gaseous refrigerant of high temperature and pressure compressed by the compressor and for radiating heat, A heat pump;
A flash tank in which the refrigerant is condensed in the high temperature condenser and the steam to which the divergent heat is transferred is introduced; And
And a heat exchanger installed in the flash tank and adapted to reheat steam in the flash tank through a portion of the high-temperature, high-pressure gaseous refrigerant compressed by the compressor.
청구항 1에 있어서,
상기 히트펌프는 상기 고온응축기에서 응축된 액체상의 냉매를 임시 계류시키는 수액기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the heat pump further comprises a receiver for temporarily misting the condensed liquid refrigerant in the high temperature condenser.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기를 거쳐 나온 냉매는 고온응축기를 바이패스하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
And the refrigerant passed through the heat exchanger bypasses the high temperature condenser.
청구항 2에 있어서,
상기 열교환기를 거쳐 나온 냉매는 고온응축기를 바이패스하여 상기 수액기로 유입되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 2,
Wherein the refrigerant passed through the heat exchanger bypasses the high temperature condenser and flows into the receiver.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기는 상기 플래시탱크로 유입되는 스팀의 유입부보다 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the heat exchanger is disposed above the inflow portion of the steam introduced into the flash tank.
청구항 1에 있어서,
상기 열교환기는 코일 타입인 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the heat exchanger is a coil type.
청구항 1에 있어서,
상기 플래시탱크의 스팀 유입부보다 하부에는 플래시탱크 내에서 발생한 응축수를 배출하는 드레인부가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein a drain portion for discharging the condensed water generated in the flash tank is provided below the steam inlet portion of the flash tank.
청구항 7에 있어서,
상기 플래시탱크에는 상기 응축수의 수위를 측정하는 레벨게이지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 7,
Wherein the flash tank further comprises a level gauge for measuring the level of the condensed water.
청구항 8에 있어서,
상기 레벨게이지에 의해 측정된 응축수의 수위가 기준 수위를 넘어설 경우 드레인부를 통해 응축수를 배출하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 8,
And the condensate is discharged through the drain when the level of the condensate measured by the level gauge exceeds the reference level.
청구항 1에 있어서,
상기 플래시탱크의 열교환기로 유입되는 냉매의 양은 플래시탱크 내의 압력과 스팀 온도 중 적어도 어느 하나에 근거하여 결정되는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of the refrigerant flowing into the heat exchanger of the flash tank is determined based on at least one of the pressure in the flash tank and the steam temperature.
청구항 10에 있어서,
상기 플래시탱크 내의 압력이 높을수록 상기 플래시탱크 내의 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 줄어드는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 10,
And the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger in the flash tank decreases as the pressure in the flash tank increases.
청구항 10에 있어서,
상기 플래시탱크 내의 스팀 온도가 높을수록 상기 플래시탱크 내의 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 줄어드는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 10,
And the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger in the flash tank decreases as the steam temperature in the flash tank increases.
청구항 12에 있어서,
상기 플래시탱크의 열교환기 입구의 냉매 온도(T1)과 열교환기 출구의 냉매 온도(T2)를 비교하여, 두 온도의 차(T1-T2)가 클수록 공급되는 냉매의 양은 늘어나고, 온도의 차가 작을수록 공급되는 냉매의 양은 줄어드는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 12,
The refrigerant temperature (T1) at the inlet of the heat exchanger of the flash tank is compared with the refrigerant temperature (T2) at the outlet of the heat exchanger so that the larger the difference between the two temperatures (T1-T2), the larger the amount of refrigerant supplied And the amount of the refrigerant supplied is reduced.
청구항 12에 있어서,
상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양은 수액기 측에서 자동밸브를 통해 조절하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 12,
And the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger is regulated through an automatic valve on the receiver side.
청구항 5에 있어서,
상기 플래시탱크 내의 열교환기와 스팀의 유입부 사이에는 스팀 내의 응축수를 제거하고 증기의 유동을 균일하게 퍼뜨리는 커버 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 5,
Wherein a cover plate is installed between the heat exchanger in the flash tank and the inlet of the steam to remove condensed water in the steam and uniformly distribute the flow of the steam.
청구항 15에 있어서,
상기 커버 플레이트의 외주면의 적어도 일부가 상기 플래시탱크의 내벽에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
16. The method of claim 15,
And at least a part of an outer peripheral surface of the cover plate is supported by the inner wall of the flash tank.
청구항 15에 있어서,
상기 커버 플레이트의 외주면에는 스팀으로부터 제거된 응축수가 플래시탱크의 바닥으로 흘러내릴 수 있도록 배수로가 형성된 히트펌프 시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein a drainage passage is formed on an outer peripheral surface of the cover plate so that condensed water removed from the steam can flow down to the bottom of the flash tank.
청구항 17에 있어서,
상기 커버 플레이트는 중앙부에서 외주면으로 갈수록 점점 낮아지도록 경사진 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
18. The method of claim 17,
Wherein the cover plate is tilted so as to gradually decrease from a central portion toward an outer peripheral surface.
청구항 15에 있어서,
상기 커버 플레이트의 중앙부에는 스팀으로부터 제거된 응축수가 플래시탱크의 바닥으로 흘러내릴 수 있도록 배수로가 형성된 히트펌프 시스템.
16. The method of claim 15,
And a drain is formed at a central portion of the cover plate so that condensed water removed from the steam can flow down to the bottom of the flash tank.
청구항 19에 있어서,
상기 커버 플레이트는 외주면에서 중앙부로 갈수록 점점 낮아지도록 경사진 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method of claim 19,
Wherein the cover plate is tilted so as to gradually decrease from an outer circumferential surface toward a central portion.
청구항 18 또는 청구항 20에 있어서,
상기 경사도는 1˚ 내지 3˚인 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 18 or 20,
Wherein the inclination angle is 1 DEG to 3 DEG.
청구항 15에 있어서,
상기 커버 플레이트의 표면에는 다공부가 형성된 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
16. The method of claim 15,
Wherein a surface of the cover plate is polished.
청구항 1에 있어서,
상기 플래시탱크에는 스팀의 압력이 소정 압력 이상으로 상승할 경우 개방되는 안전밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the flash tank further includes a safety valve that is opened when the pressure of steam rises to a predetermined pressure or higher.
청구항 23에 있어서,
상기 안전밸브는 열교환기보다 상부에 설치되는 히트펌프 시스템.
24. The method of claim 23,
Wherein the safety valve is installed above the heat exchanger.
청구항 23에 있어서,
상기 스팀의 압력은 열교환기보다 상부에 설치된 압력센서에 의해 측정되는 히트펌프 시스템.
24. The method of claim 23,
Wherein the pressure of the steam is measured by a pressure sensor installed above the heat exchanger.
청구항 1에 있어서,
상기 냉매는 R-245fa 인 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
And the refrigerant is R-245fa.
열원으로부터 열을 받아 냉매를 증발시키고, 증발된 기체상의 냉매를 압축한 후, 압축된 고온 고압의 기체상의 냉매를 액화시키며 발산하는 열로 스팀을 생성하는 단계;
상기 스팀을 플래시탱크 내부로 유입시키는 단계;
상기 압축된 고온 고압의 냉매 일부를 플래시탱크 내의 열교환기에 공급하여 플래시탱크 내부에 있는 증기를 2차 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 스팀 공급 방법.
Generating steam by heat generated by heat from the heat source to evaporate the refrigerant, compressing the evaporated gaseous refrigerant, and liquefying and diffusing the compressed high-temperature and high-pressure gaseous refrigerant;
Introducing the steam into the flash tank;
And supplying a portion of the compressed high-temperature and high-pressure refrigerant to a heat exchanger in the flash tank to secondarily heat the steam in the flash tank.
청구항 27에 있어서,
상기 플래시탱크에서 발생한 응축수의 수위를 측정하여 수위가 기준 수위를 넘을 경우 응축수를 드레인하는 고온 스팀 공급 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the water level of the condensed water generated in the flash tank is measured and the condensed water is drained when the water level exceeds the reference water level.
청구항 27에 있어서,
상기 플래시탱크 내의 압력이 높을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 줄이고, 상기 플래시탱크 내의 압력이 낮을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 늘리는 고온 스팀 공급 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is reduced as the pressure in the flash tank is increased, and the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger is increased as the pressure in the flash tank is decreased.
청구항 27에 있어서,
상기 플래시탱크 내의 스팀의 온도(T3)가 높을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 줄이고, 상기 플래시탱크 내의 스팀의 온도가 낮을수록 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 양을 늘리는 고온 스팀 공급 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the amount of the refrigerant supplied to the heat exchanger is decreased as the temperature T3 of steam in the flash tank is higher and the amount of refrigerant supplied to the heat exchanger is increased as the temperature of steam in the flash tank is lower.
청구항 27에 있어서,
상기 플래시탱크의 열교환기 입구의 냉매 온도(T1)과 열교환기 출구의 냉매 온도(T2)를 비교하여, 두 온도의 차(T1-T2)가 클수록 공급되는 냉매의 양을 늘리고, 온도의 차가 작을수록 공급되는 냉매의 양을 늘리는 고온 스팀 공급 방법.
28. The method of claim 27,
The refrigerant temperature T1 at the inlet of the heat exchanger of the flash tank is compared with the refrigerant temperature T2 at the outlet of the heat exchanger to increase the amount of refrigerant supplied as the difference between the two temperatures T1 to T2 increases, A method for supplying hot steam to increase the amount of refrigerant to be supplied.
청구항 27에 있어서,
상기 플래시탱크의 스팀의 압력이 소정 압력 이상으로 상승할 경우 스팀을 플래시탱크 외부로 릴리즈시키는 고온 스팀 공급 방법.
28. The method of claim 27,
Wherein the steam is discharged to the outside of the flash tank when the pressure of the steam of the flash tank rises to a predetermined pressure or higher.
청구항 27에 있어서,
상기 냉매는 R-245fa 인 고온 스팀 공급 방법.28. The method of claim 27,
Wherein the refrigerant is R-245fa.
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